Химические ракетные двигатели

ВВЕДЕНИЕ

 

Методические указания служат пособием для выполнения студентами специальности 1302 лабораторной работы по кур­су: "Конструкция двигателей летательных аппаратов". Настоящие указания могут быть использованы при выполнении лабораторной работы по ракетным двигателям студентами других специальнос­тей института.

Методические указания включают цель работы, содержание задания, методику выполнения работы, порядок ее оформления и сдачи, исходные данные для расчета, вопросы для самоконтроля»

Задание определяет объем, который студенты должны выполнить во время работы. Содержание задания рассчитано на его выполнение в течение четырех академических часов.

Методика выполнения работы включает сведения о химических ракетных двигателях, данные по схемам и устройству изучаемых образцов ЖРД и РДТТ, последовательность операций по вычислению тяги двигателя и его удельного импульса, указания по построе­нию высотой характеристики ракетного двигателя.

Методические указания содержат перечень отчетных материалов, представляемых преподавателю при защите студентами лаборатор­ной работы.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление студентов с принципом действия химических ракетных двигателей, с устройством образцов ЖРД и РДТТ, с назначением их основных элементов.

ЗАДАНИЕ

При выполнении лабораторной работы студенты должны:

· ознакомиться с принципом действия химических ракетных двигателей;

· рассмотреть схемы и устройство образцов ЖРД и РДТТ;

· изучить назначение основных элементов жидкостных и твердотопливных ракетных двигателей;

· измерить диаметры критического и выходного сечений сопла, рассчитать тягу и удельный импульс тяги одного из об­разцов двигателя и построить для него высотную характеристику.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Химические ракетные двигатели

Химическим ракетным двигателем называют такой двигатель, который создает тягу за счет истечения из его сопла продуктов сгорания топлива, образующихся в результате химических превращений. Продукты сгорания топлива называются рабочим телом.

Принципиальная схема последовательности преобразования

энергии в химическом ракетном двигателе представлена на рис.1.

Эта схема включает:

· жидкое или твердое ракетное топливо (I), которой является источником энергии и источником рабочего тела;

· камеру сгорания (2), в которой происходит преобразование химической энергии, заключённой в топливе, в тепловую энергию продуктов сгорания;

· сопло (3) служит для преобразования тепловой энергии продук­тов сгорания в кинетическую энергию их движения и истечения рабочего тела из двигателя.

Таким образом, в химическом ракетном двигателе источник энергии и запас рабочего тела совмещены. Это является отличительным признаком подобных двигателей.

 

 

Рис. 1. Принципиальная схема последовательности преобразования энергии в химическом ракетном двигателе

В ракетных двигателях источники энергии и рабочего тела полностью сосредоточены на борту летательного аппарата. Это позволяет двигателю нормаль­но работать в любой окружающей среде (в атмосфере, в пустоте, под водой). При этом тяга, создаваемая двигателем, не зависит от скорости движения летательного аппарата.

Химические ракетные двигатели в зависимости от агрегат­ного состояние применяемого топлива делятся на жидкостные, твердотопливные и гибридные. Последний тип двигателя здесь не рассматривается.

 

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Для определения тяги двигателя необходимо знать площади критического и выходного сечений сопла. Для их опреде­ления студенты проводят замеры диаметров критического и выход­ного сечений сопел, изучаемых образцов двигателя. Измерения осуществляются специальными приспособлениями.

Вычисление тяги двигателя и его удельного импульсапроводится в следующей последовательности.

1. Массовый секундный расход продуктов сгорания

,

где Р_к и Т_к – соответственно, давление и температура продуктов сгорания в камере двигателя;

- площадь критического сечения сопла;

R – газовая постоянная продуктов сгорания;

- показатель адиабаты.

 

.

Значения параметра «b» находятся по таблице 1.

Таблица 1.

Значения комплекса «b»

к	1,12	1,14	1,16	1,18	1,20	1,22	1,24	1,26
b	0,634	0,636	0,639	0,643	0,647	0,651	0,655	0,658

2. Скорость истечения продуктов сгорания из сопла

 

,

где Т_а – температура продуктов сгорания в выходном сечении сопла.

3. Тяга двигателя

 

P = ,

где Р_а – давление продуктов сгорания в выходном сечении сопла;

Р_н – наружное давление.

4. Удельный импульс тяги

 

= P / .

 

5. Построение высотной характеристики ракетного двигателя.

Высотная характеристика представляет собой зависимость тяги двигателя от наружного давления. Эта характеристика, как следует из формулы тяги, является прямой линией. Для её построения вычисляются значения тяги при Р_н = 1 10⁵ Па (двигатель работает на земле). По этим данным строится график зависимости P = f (Р_н).

 

ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ И СДАЧИ РАБОТЫ

Бланк лабораторной работы должен быть оформлен следующим образом:

· принципиальная схема изучаемых образцов ракетных двигателей;

· описания назначения основных элементов двигателя;

· результаты расчета тяги и удельного импульса тяги для одного из изучаемых образцов двигателя;

· график высотной характеристики для изучаемого образ­ца двигателя.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЯГИ И УДЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСА ТЯГИ ДВИГАТЕЛЯ

Для выполнения расчетов и с целью индивидуализации работы студентов целесообразно проводить вычисления характерис­тик двигателя при различных значениях исходных данных. При этом в качестве средних значений следует ориентироваться на величины, приведенные в таблице 2.

Таблица 2

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что понимают под химическим ракетным двигателем?

2. Изобразите схему последовательности преобразования энергии в химическом ракетном двигателе.

3. Из каких элементов состоит ЖРД РД-214?

4. Укажите назначение камеры ЖРД, ее устройство и применяемые материалы.

5. Из каких элементов состоит турбонасосный агрегат ЖРД?

6. Для какой цели предназначена турбина в ЖРД?

7. Укажите назначение насосов ТНА двигателя РД-214 и применяемые материалы для их изготовления.

8. Для какой цели предназначена система парогазогенерации ЖРД?

9. Перечислите основные элементы системы парогазогенерации.

10. Какой процесс происходит в реакторе?

11. Каким путем осуществляется запуск и выключение ЖРД РД-214?

12. Какие основные элементы включает РДГТ и их назначение?

13. Какие дополнительные системы в общем случае входят в состав РДТТ?

14. Дайте характеристику конструкции корпуса РДТТ.

15. Для чего предназначено теплозащитное покрытие кор­пуса РДТТ?

16. Какую геометрическую форму имеет заряд твердого ракетного топлива?

17. Что понимается под высотной характеристикой ракетного двигателя?

ЛИТЕРАТУРА

1. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ра­кетных двигателей. М.: Машиностроение, 1998.

2. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. М.: Машиностроение, 1999.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………...3

1. Цель работы.............................................................................. 4

2. Задание...................................................................................... 4

3. Краткие сведения из теории…................................................. 4

3.1. Химические ракетные двигатели…………………………… 4

3.2. Жидкостные ракетные двигатели…………………………... 5

3.3. Ракетные двигатели твёрдого топлива……………………. 10

4. Методика выполнения работы…………………………………… 13

5. Порядок оформления и сдачи работы..................................... 15

6. Исходные данные для расчета тяги и удельного им­пульса

тяги двигателя.......................................................................... 15

7. Контрольные вопросы............................................................... 16

Литература..................................................................................... 17

Оглавление……………………………………………………………...17

Михаил Фёдорович Дюнзе

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

«МАТИ» - Российский Государственный технологический университет им. К. Э. Циолковского

Кафедра «Двигатели летательных аппаратов и теплотехника»

 

Составили: М. Ф. Дюнзе

А. В. Викулин

 

 

Москва 2002

ВВЕДЕНИЕ

 

Методические указания служат пособием для выполнения студентами специальности 1302 лабораторной работы по кур­су: "Конструкция двигателей летательных аппаратов". Настоящие указания могут быть использованы при выполнении лабораторной работы по ракетным двигателям студентами других специальнос­тей института.

Методические указания включают цель работы, содержание задания, методику выполнения работы, порядок ее оформления и сдачи, исходные данные для расчета, вопросы для самоконтроля»

Задание определяет объем, который студенты должны выполнить во время работы. Содержание задания рассчитано на его выполнение в течение четырех академических часов.

Методика выполнения работы включает сведения о химических ракетных двигателях, данные по схемам и устройству изучаемых образцов ЖРД и РДТТ, последовательность операций по вычислению тяги двигателя и его удельного импульса, указания по построе­нию высотой характеристики ракетного двигателя.

Методические указания содержат перечень отчетных материалов, представляемых преподавателю при защите студентами лаборатор­ной работы.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление студентов с принципом действия химических ракетных двигателей, с устройством образцов ЖРД и РДТТ, с назначением их основных элементов.

ЗАДАНИЕ

При выполнении лабораторной работы студенты должны:

· ознакомиться с принципом действия химических ракетных двигателей;

· рассмотреть схемы и устройство образцов ЖРД и РДТТ;

· изучить назначение основных элементов жидкостных и твердотопливных ракетных двигателей;

· измерить диаметры критического и выходного сечений сопла, рассчитать тягу и удельный импульс тяги одного из об­разцов двигателя и построить для него высотную характеристику.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Химические ракетные двигатели

Химическим ракетным двигателем называют такой двигатель, который создает тягу за счет истечения из его сопла продуктов сгорания топлива, образующихся в результате химических превращений. Продукты сгорания топлива называются рабочим телом.

Принципиальная схема последовательности преобразования

энергии в химическом ракетном двигателе представлена на рис.1.

Эта схема включает:

· жидкое или твердое ракетное топливо (I), которой является источником энергии и источником рабочего тела;

· камеру сгорания (2), в которой происходит преобразование химической энергии, заключённой в топливе, в тепловую энергию продуктов сгорания;

· сопло (3) служит для преобразования тепловой энергии продук­тов сгорания в кинетическую энергию их движения и истечения рабочего тела из двигателя.

Таким образом, в химическом ракетном двигателе источник энергии и запас рабочего тела совмещены. Это является отличительным признаком подобных двигателей.

 

 

Рис. 1. Принципиальная схема последовательности преобразования энергии в химическом ракетном двигателе

В ракетных двигателях источники энергии и рабочего тела полностью сосредоточены на борту летательного аппарата. Это позволяет двигателю нормаль­но работать в любой окружающей среде (в атмосфере, в пустоте, под водой). При этом тяга, создаваемая двигателем, не зависит от скорости движения летательного аппарата.

Химические ракетные двигатели в зависимости от агрегат­ного состояние применяемого топлива делятся на жидкостные, твердотопливные и гибридные. Последний тип двигателя здесь не рассматривается.